半主动干摩擦阻尼器在隔振系统中的抗冲击优化设计研究

    在新形势下舰艇生命力已成为舰艇的重要指标，而舰艇抗冲击性能是舰艇生命力的重要组成部分，提高舰艇的抗冲击能力具有重要意义［1 －2］。

    传统的设计方法总是先进行隔振设计，然后进行抗冲击校核。通常隔振器刚度较小而具有较好的冲击隔离率，但是会产生较大的相对位移，工程上通常使用限位器来限制其相对位移，由于刚度突变，该措施又会恶化冲击隔离率［3］。所以，简单的依靠隔振器和限位器组成的抗冲系统并不具备优秀的抗冲性能，对隔振系统进行抗冲击优化设计具有重要的意义。

    Sevin 和 Pilkey［4］针对冲击隔离的特点，提出了抗冲器在冲击隔离过程中的最优控制力，其模型以及变量的时间历程如图 1 所示:

    设被隔离设备的质量为 m，其最大加速度由控制力 u( x，x·) 决定，如果抗冲器产生一个恒定的控制力 u( 如图 1( b) 所示) ，被隔离物体的绝对加速度将保持为a = u / m，如果被隔离物体可以承受的最大加速度为 A，当 a = A + ε( ε ＜0，且是一个极小值) ，就可以在保障设备安全的前提下，最大限度的降低相对位移。

    虽然该理论已提出了多年，但是显然无法利用被动抗冲装置达到最优抗冲的目的。而主动装置则需要能输出大位移和大功率的小体积作动器，目前的工程上广泛应用的电磁式和超磁滞伸缩作动器均不具备这些条件，所以主动最优抗冲设计也仅为理论可行。随着抗冲击的发展和研究深入，越来越多的人认识到阻尼抗冲击的重要性，如果能对阻尼力进行合理的调节，就有可能在冲击响应的过程中，将阻尼力和弹性力的合力控制为近似恒定值，成为最优抗冲系统。

    已有多名学者对半主动控制的磁流变阻尼器的隔振抗冲击系统进行了研究，如地震防护［5 －7］、飞机起落架抗冲［8］［9 －11］的设计，这些设计通常针对持续时间较长的冲击或主要限制相对位移幅值，而对于舰船设备这类遭受持续时间很短的冲击设计研究较少。哈尔滨工程大学的姚熊亮、田振东等人利用磁流变阻尼器对舰船设备进行了抗冲设计［12 －13］，取得了较好的抗冲击效果，但是并没有从最优抗冲力这一设计着手，而是在整个冲击响应的过程中都保持着磁流变的恒定阻尼力，阻尼器与钢丝绳隔振器产生的合力显然不是最优抗冲力，该系统还有待进一步提高改进。海军工程大学的单树军等人［14］用磁流变阻尼器成功的实现了加速度峰值的削平，但是在实验中也发现了磁流变出力对电流的饱和作用，这在一定程度上限制了磁流变阻尼器在大冲击载荷下的抗冲性能。所以设计能产生大阻尼力的阻尼器也是成功实现最优抗冲设计的关键。